本发明涉及一种基于gsm通信网络的智能互联互控系统。
背景技术：
遥控技术被广泛地应用在各个领域，无线遥控系统使在超视距、危险环境、人体不可及的各种情况下延伸了人类的双手、双眼、双耳，使人的思维和控制手段通过遥控系统达到人所欲求的目标。
智能手机已经是现代社会人们最重要的随身物品，成为个人通信和管理的中心设备，人们使用手机的娴熟程度以及开发手机app的便利都使得利用智能手机进行通信管理、信息管理、操作控制成为最易被接受和最为普及的方式，它比用任何专用的无线遥控器都来的简单、熟悉、易用和功能强大。
传统的遥控系统是由遥控发射装置和接收装置两大部分组成，每种类型的遥控系统都是由适合本系统特点的专用设备搭建而成，系统中需要什么样的功能就加入什么样的模块，例如：图像遥感系统，无人驾驶车辆遥控系统，其目标、需求、架构区别很大，要求系统的专用性很强，因此其通用性就很差，设备的投入大，功能单一。专用遥控系统最大的问题还在于其需要占用专用的无线频率，遥控的距离有限。这两个缺点在很大程度上制约了遥控手段的普及和应用。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的是选择提供一种通用的(以智能手机为核心)、公用的(基于gsm网络)、范围更广的(加强软件解决方式)无线互联互控系统解决方案。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能互联互控系统，其中包括：智能手机、gsm蜂窝通信网络、dtmf编码解析电路，以及机电设备，其特征在于：所述系统由多部智能手机通过gsm蜂窝通信网络联网组成，其中一部或多部智能手机作为控制方，发出控制命令，控制命令包括编码命令和语音命令，其余一部或多部智能手机作为受控方，受控方连接dtmf编码解析电路和相应的机电设备，控制方发出命令，受控方接收命令，经dtmf编码解析电路解析后控制相应的机电设备执行命令。
所述系统在相反方向也可以传输与控制，实现双向、多向交互式的互联互控。
其中机电设备包括：可移动设备、语音识别设备、图像识别设备、充换电设备，根据不同的控制任务组合设置不同的设备组合，机电设备配置有智能手机，通过智能手机执行传输和联网功能，并由智能手机所携带的手机号码作为呼叫地址。
其中充换电设备包括无线充电装置和更换电池装置，当可移动设备有补充电能的需求时，可选择无线充电和/或更换电池。
其中无线充电装置采用主副线圈同频共振的原理将电能从主线圈传输给可移动设备携带的副线圈为电池充电，更换电池装置则采用机械手为可移动设备更换电池。
充换电设备包括：固定的身份识别码，固定的呼叫码，固定的gps坐标，降落平台和显著的标志。
身份识别码为wifi热点，呼叫码为手机号码。
可移动设备为可走动、可转动、可飞行的设备。
可移动设备为无人机、无人车、无人船、监控云台、机械手。
图像识别设备包括智能手机本身携带的图像摄取部件和/或外置的光学图像设备。
系统具备如下功能：卫星定位、人脸识别、二维码识别、图像识别控制、语音识别控制、wi-fi热点识别、互联网链接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明利用了gsm蜂窝通信网络的广泛覆盖，采用无线智能手机作为通信传输平台，提供了一个包括键盘、语音、视频的双向智能移动控制系统，实现了遥控范围达至gsm蜂窝通信网络所覆盖的全部区域，可以说无论距离多远，无线电话手机能够通话就可以实现本发明的遥控和音频、视频传输功能。
2.本发明不使用专用的遥控设备即可进行遥控作业，利用通用的智能手机进行操作，并利用成熟的gsm蜂窝网作为传输媒介，这种方式对于降低系统的硬件成本，提高遥控手段的通用性、便利性和智能化，以及遥控系统功能的可扩展性都有很大的优势。智能手机所具备的互联网链接功能亦可被用于本系统，将两端手机所处的不同区域的wi-fi网络通过gsm电话链路联通，并将控制和被控制设备纳入互联网管理，使遥控管理网络化、智能化、通用化，应用功能可扩展，适用的被控对象广泛。
3.无线充电技术是本发明能够成功运行的重要组成部分，要使移动设备可移动的距离和范围增大，除了增大遥控信号覆盖范围之外，不断地对移动设备进行中途补充电能在本发明中具有十分重要的意义。实现自动化无线充电，合理分布无线充电平台(桩)，使得可移动设备实现真正意义上的移动距离全覆盖。
4.本发明实际组成了一个智能互联互控系统，其基础是gsm蜂窝通信网，因此可以将智能手机所具备的功能纳入本网所组成的任务组内，应用范围包括：卫星定位、人脸识别、二维码识别、图像识别控制、语音识别控制、wi-fi热点追踪等等，这些功能都可以跨区(wi-fi)执行，都可以在移动中双向实现，将智能手机变成个人智控终端，充分扩展和延申人的手臂长度和功能，会用手机就可以操控一切是本发明的目标。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下将结合附图对本发明进一步详细说明，应当理解，此处所述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为达到上述设计目标，本发明选择的技术路线是：利用无线智能手机实现机电遥控控制与音频、视频通信传输。其中主要包括：双音多频(dtmf)编码、解码控制技术，双向视频通话功能，语音识别技术，无线充电技术，及相应机电控制技术。选择基于gsm蜂窝通信网络实现传输遥控功能，不需要专用的无线发射和接收设备，不需要设置专用无线电链路和占用频率点，也就没有额外的无线电通信管制问题。gsm蜂窝通信网络是成熟的公用通信网络，其通信质量和稳定性很高，能够满足本发明在gsm网络覆盖范围内对通信、控制的要求。在其他情况下，比如在gsm覆盖范围以外的无人区域，我们仍然可以扩展利用智能手机上的卫星定位功能，如北斗卫星的短报文通信实现与被控设备的双向通信传输与控制功能。
本发明是一种利用智能手机的通话和视频传输功能达到对远程、移动目标的控制与反馈，包括传输双向的音频、视频和机电动作命令。人们可以在控制端或者被控制端直观地看到和听到施加控制和反馈的效果以使控制更为精准，可以在控制端与被控制端之间传输语音、图像、信息，如果被控制端是可移动设备甚至可以传递实体物品。本发明可以利用智能手机的卫星定位功能、wi-fi信号识别和图像识别功能控制可移动被控设备准确地到达目的地、准确地找到目标的位置、准确地识别确认目标的身份。由于大多数智能手机对软件系统的开放性，本发明提供了可以通过智能手机后期软件开发的空间，使本系统的功能范围和智能化程度愈趋复杂和完善，并通过手机的互联网链接功能使被控设备与互联网紧密相连。
本发明要达到的一个重要成果是操作简单、便利，这将使本发明具有普遍应用的前景。智能手机已经是现代社会人们最重要的随身物品，成为个人通信和管理的中心设备，人们使用手机的娴熟程度以及开发手机app的便利都使得利用智能手机进行通信管理、信息管理、操作控制成为最易被接受和最为普及的方式，它比用任何专用的无线遥控器都来的简单、熟悉、易用和功能强大，本发明的目标就是将智能手机变成智能控制中心。
通过基于gsm蜂窝无线通信传输网运行，本发明要达到的另一项重要成果是充分延长了遥控系统的遥控距离。凡遥控系统的控制端与被控制端的遥控距离，往往是控制行为的实用性、技术路线的效费比、应用范围的大小、乃至技术方案的可行性等的重要因素。本发明基于gsm网络，利用现有成熟的公用通信网络为基础实现了遥控距离的极大延伸，例如应用在无人遥控飞机上，能通手机电话的地方就可以通过远端的智能手机控制无人机飞行。
智能手机的语音通道中传输的电话拨号代码称为dtmf双音多频编码，是由贝尔实验室开发的信令模式代码，dtmf是“touchtone”(早期at&t的商标)的基础，用来替代机械式拨号转盘的按键。通过承载语音的电话信道传送电话拨号信息。电话键盘上的每个数字利用两个不同频率突发模式的正弦波进行编码，是一种在话音信道用音调来表示数字的方法，它可以用来在模拟话音信道中传输信令。选择双音方式是由于它能够可靠地将拨号信息从语音中区分出来。一般情况下，电话信道中的声音信号很难造成对dtmf接收器的错误触发。
通常电话拨号键盘是4×4的矩阵(如：附表-1)，每一行对应一个低频，每一列对应一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦波信号组合，比如按键“1”相当于697(hz)和1209(hz)的行列交叉点，电话交换机的dtmf接收器可以解码这些组合的频率并确定所对应的按键，自动完成长途呼叫。由此可知，dtmf是一种8中取2的编码技术。根据ccitt的建议，国际上采用的标准双音多频频率为697hz、770hz、852hz、941hz、1209hz、1336hz、1477hz和1633hz共8种，用这8种频率可形成16(4×4)种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能。我们常用的智能手机中按键信令也是使用的dtmf编码解码技术。本发明就是利用dtmf编码实现键盘控制代码的传输，同时利用话音通道传输语音和语音控制命令，利用视频通话功能传输视频图像。
利用电话语音信道和其中的键盘拨号信令编码系统双向传输dtmf编码、语音命令，接收端解码机电控制，并利用智能手机的视频通话功能双向互视监控。实现监与控同步进行，看到、听到亦可控到，实施多种手段互联互控。
附表-1dtmf频率--按键对照表
针对不同的受控设备，上面对照表中的按键代码对应的功能可以有所不同，下面的两个例子是视频监控平台的基本动作和四轴遥控直升机的基本飞行动作对应的按键代码图。
例一、遥控视频监控平台：
音视频监控设备控制功能对照表
例二、四轴遥控直升机：
四轴遥控直升机控制对照表
附图说明
附图1为系统架构框图；
附图2为音视频监控设备组成框图；
附图3为四轴遥控直升机框图；
附图4为语音控制设备框图；
附图5为自动充、换电平台框图；
附图6为自动充、换电平台工作示意图。
附图1为本发明的系统架构框图，其中系统要素包括：智能手机、gsm网络、视频监控平台、语音识别控制平台、无线充电平台，图中的要素组成是根据所要完成的任务决定的，不仅限于此。从图中可以看出由“控制手机”发出指令，通过“gsm”无线网络传输到达“受控手机”，由“受控手机”再连接“直升机”执行飞行任务，或者连接“语音控制平台”执行语音识别控制命令，或由“受控手机”连接“视频平台”执行视频监控任务，等等。本系统可接驳执行的目标任务可以有很多种类，有机电动作类的设备，有语音识别控制类的设备，还有智能手机本身具备的图像、语音、定位、识别功能任务。无线充电辅助平台可以直接由“受控手机”连接控制，或与服务对象(如直升机)间接互动完成充电任务。附图1中的控制手机有多部，受控手机也有多部，它们由本身的手机号码标的身份，由于智能手机具有三方通话功能，因此本系统具备一部控制手机对多部受控手机或多部控制手机对一部受控手机的控制方式。智能手机通话是双向的，利用话音信道传输的dtmf编码也是双向传输的，因此附图1中的控制与受控角色是可以互换的。
附图2是音频视频监控设备的组成框图，它由一部智能手机、dtmf解析电路和一部机电控制云台组成。其中音频和视频的接收和传输由智能手机本身的音频视频接受部件和传输系统来完成，dtmf解析电路负责解析由智能手机的“耳机接口”传输的dtmf编码，解读出来的命令码控制云台转动，同时云台带动智能手机同步转动。如前所述，本系统的控制与传输都是双向的，除了受控端接收和回传的声音和图像外，控制端的声音和图像也可以在受控端手机的屏幕上显示。
附图3是四轴遥控直升机的组成框图，它由一部“智能手机”、“dtmf解析电路”和一台四轴直升机“飞行控制器”及“直升机”本身组成，智能手机和直升机本身组装成一体。和附图2类似的，由dtmf解析电路解读出来的命令码用来控制“飞行控制器”指挥直升机完成飞行动作，更换不同的“飞行控制器”就可以控制不同类型的无人飞行器。在直升机飞行的过程中，其周围环境的图像及声音是通过与直升机连为一体的智能手机上的图像摄取功能实现的，用来回传指挥飞行必要的图像信息。通过控制直升机的例子可以看出本发明的优点所在，传统民用无人飞行器的飞行控制需要专用2.4ghz遥控器和接收机在目视距离内控制飞行，若要超视距控制飞行就需要再增加一路5ghz频率的图像传输频道和相应的设备，遥控距离也就在数公里之内。而采用本方案，不需要专用的遥控收发设备，不需要占用工科医频道(2.4ghz)和视频传输频道(5ghz)，传输控制距离超远(gsm网覆盖区域)，无人飞行器的飞行控制和视频回传由智能手机一体完成。除此之外，智能手机本身还具备像卫星定位、人脸识别、二维码识别、图像识别控制、语音识别控制、wifi热点追踪等功能，这些功能都可以随着飞行器的飞行在受控的远端完成。
附图4是语音控制设备框图，在语音控制应用的流程里不需要解析dtmf编码，如在叙述本发明的技术路线中讲过，dtmf编码是在模拟话音信道中传输的信令。选择双音方式是由于它能够可靠地将拨号信息从语音中区分出来，一般情况下，电话信道中的语音信号很难造成对dtmf接收器的错误触发，因此，dtmf信令和语音信号在模拟话音信道中是可以共存的，互不影响。所以在附图4中在“耳机接口”接上语音识别模块和识别后的执行机构就可以完成远端语音识别控制任务。
附图5与附图6是自动充、换电平台的两个框图，附图5是功能框图，附图6是工作示意图。它是本发明中的辅助系统。称它为辅助系统是因为它既可以向前面几个子系统一样由“控制手机---受控手机”配对完成控制任务，也可以自行与直升机子系统配对完成特定的任务。称它为辅助系统不是因为其重要性不够，它的重要性非常高，在前面“本发明所产生的有益效果”中谈到：无线充电技术是本发明能够成功运行的重要组成部分，要使移动设备可移动的距离和范围达到满足实际应用的要求，除了增大遥控信号覆盖范围之外，不断地对移动设备进行中途电能补充在本发明中具有十分重要的意义，它能使可移动设备的移动范围实现真正意义上的无限覆盖。
在附图5中标明了充、换电平台所具备的基本功能，它包括“无线充电”线圈模块，主线圈安装在充电平台面上，副线圈安装在直升机底面上，通过主副线圈的同频共振原理将电能从主线圈传输给副线圈为直升机电池充电。“雷达识别”天线用来探测是否有直升机降落在平台上，如果有可识别的直升机降落便会启动检测充电程序。“接驳微调”是一套机械对准装置，当直升机的降落点在平台上不够准确，会启动微调装置将直升机移动到正确位置，使充电线圈的工作效率最高。“自动更换电池”也是一套机械装置，由于充电的时间比较长，对于指定的标准型号直升机，可以用机械手装置直接将缺电的电池更换成满电的新电池，这样可以大大提高平台换电的工作效率。
为了更直观地表示“自动充、换电平台”的工作原理，在附图6中给出了直升机充电过程的示意图，图中的“卫星定位驻停点”是一个能方便直升机降落的平台，它有适当的大小和高度，它有固定的gps(全球定位系统)坐标，直升机在执飞时本身存储有或通过“控制手机”获知周围各个“自动充、换电平台”的坐标位置，就像我们开车出门知道加油站在哪一样。直升机的飞控装置都具备gps定位功能，可以按照设定的gps坐标飞行，寻找到坐标点。找到坐标点后按照附图6所示执行降落，与驻停点上的雷达识别对接，执行上述的充换电程序。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种智能互联互控系统，其中包括：智能手机、gsm蜂窝通信网络、dtmf编码解析电路以及机电设备，其特征在于：所述系统由多部智能手机通过gsm蜂窝通信网络联网组成，其中一部或多部智能手机作为控制方，发出控制命令，控制命令包括编码命令和语音命令，其余一部或多部智能手机作为受控方，受控方连接dtmf编码解析电路和相应的机电设备，受控方接收控制命令，控制命令经dtmf编码解析电路解析后控制相应的机电设备执行命令。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统在相反方向也可以传输与控制，实现双向、多向交互式的互联互控。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中机电设备包括：可移动设备、语音识别设备、图像识别设备、充换电设备，根据不同的控制任务组合设置不同的设备组合，并为每一组机电设备不论是控制方或是受控方配备一部智能手机，机电设备通过智能手机执行传输和联网功能，并由智能手机所携带的手机号码作为呼叫地址。
4.根据权利要求3所述的系统，其中充换电设备包括无线充电装置和更换电池装置，当可移动设备有补充电能的需求时，可选择无线充电和/或更换电池。
5.根据权利要求4所述的系统，其中无线充电装置采用主副线圈同频共振的原理将电能从主线圈传输给可移动设备携带的副线圈为电池充电，更换电池装置则采用机械手为可移动设备更换电池。
6.根据权利要求3所述的系统，充换电设备包括：固定的身份识别码，固定的呼叫码，固定的gps坐标，降落平台和显著的标志。
7.根据权利要求3所述的系统，可移动设备为可走动、可转动、可飞行的设备。
8.根据权利要求7所述的系统，可移动设备为无人机、无人车、无人船、监控云台、机械手。
9.根据权利要求3所述的系统，图像识别设备包括智能手机本身携带的图像摄取部件和/或外置的光学图像设备。
10.根据权利要求1所述的系统，系统具备如下功能：卫星定位、人脸识别、二维码识别、图像识别控制、语音识别控制、wifi热点识别、互联网链接。
技术总结